DE10205644B4

DE10205644B4 - Bohrwerkzeug

Info

Publication number: DE10205644B4
Application number: DE10205644A
Authority: DE
Inventors: Karl Kammerer; Willi Schillinger
Original assignee: Betek Bergbau und Hartmetalltechnik Karl Heinz Simon GmbH and Co KG DE
Current assignee: Betek GmbH and Co KG
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2022-02-13
Also published as: DE10205644A1; CN1617974A; GB2402146B; GB0416776D0; GB2402146A; AU2002358801A1; US20050084349A1; WO2003069111A1

Abstract

Bohrwerkzeug mit einer Bohrkrone (10), die einen ringförmigen Grundkörper (11) aufweist, der an einem hohlzylinderförmigen Bohrrohr befestigbar ist, wobei der Grundkörper (11) dem Bohrrohr abgekehrt umfangsverteilt Werkzeugaufnahmen (20) aufweist, an denen Schneidzähne (30) auswechselbar gehalten sind, wobei die Schneidzähne (30) in axialer Richtung über den Grundkörper (11) mit einem Werkzeugkopf (31) vorstehen, wobei an dem Werkzeugkopf (31) ein Schaft (32) angekoppelt ist, der in eine Schaftaufnahme (22) der Werkzeugaufnahme (20) eingesetzt ist und der mit dem Grundkörper (11) verbunden ist, und wobei der Schneidzahn (30) über Stützflächen der Werkzeugaufnahme am Grundkörper (11) vorgespannt gehalten ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Werkzeugaufnahmen (20) in Richtung der Rotationsachse über den Grundkörper (11) vorstehende Halterungsvorsprünge (21) aufweisen, die zueinander über einen sich umfangseitig erstreckenden Abstandsraum (16) getrennt angeordnet sind,
dass die Schneidzähne (30) mit ihrem Werkzeugkopf (31) auf den Halterungsvorsprüngen (21) aufsitzen und in axialer Richtung über diese...

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug mit einer Bohrkrone, die einen ringförmigen Grundkörper aufweist, der an einem hohlzylinderförmigen Bohrrohr befestigbar ist, wobei der Grundkörper dem Bohrrohr abgekehrt umfangsverteilt Werkzeugaufnahmen aufweist, an denen Schneidzähne auswechselbar gehalten sind, wobei die Schneidzähne in axialer Richtung über den Grundkörper mit einem Werkzeugkopf vorstehen, wobei an dem Werkzeugkopf ein Schaft angekoppelt ist, der in eine Schaftaufnahme der Werkzeugaufnahme eingesetzt ist und der mit dem Grundkörper verbunden ist, und wobei der Schneidzahn über Stützflächen der Werkzeugaufnahme am Grundkörper vorgespannt gehalten ist.

Ein Bohrwerkzeug dieser Art ist aus der DE 36 19 334 A1 bekannt. Dabei weist die Bohrkrone einen ringförmigen Grundkörper auf, der an ein Bohrrohr oder eine Kupplung angeschweißt ist. Der Grundkörper selbst trägt umfangsseitig abstandsverteilt angeformte Zahn-Ansätze, an denen Zahnspitzen austauschbar angeschweißt sind.

Bei einem Verschleiß der Zahnspitzen sind umfangreiche und zeitaufwändige Demontage- und Montage-Schweißarbeiten erforderlich, um das Bohrwerkzeug wieder in den Einsatzzustand zu bringen. Dies gilt insbesondere dann, wenn einzelne Zahnspitzen zu erneuern sind, um die Bohrleistung wieder herzustellen. In vielen Fällen kann es dabei aus Kostengründen vorteilhafter sein, die vollständige Bohrkrone auszutauschen.

Für den Austausch der Bohrkrone am Bohrrohr zeigt die DE 39 338 67 C2 eine Lösung. Aber auch hier ist ein Stahlring als Grundkörper mit dem Bohrrohr verschweißt.

Wie die DE 39 41 601 C1 zeigt, sind auch schon Bohrköpfe zum Herstellen von Bohrlöchern bekannt, bei denen die Bohrköpfe mit angeformten Abschnitt in die Aufnahme eines mit dem Bohrgestänge verbindbaren Schaft einsetzbar und mit einem Haltestift darin gehalten sind. Bei dem rauen Betrieb ist im Laufe der Zeit mit einem verschlechtern Halt des Bohrkopfes im Schaft zu rechnen, der sich in einer Verschlechterung der Bohrleistung und in einem erhöhten Verschleiß des Bohrkopfes auswirkt.

Die Auswechselbarkeit der Schneidzähne bei einer Schneidkrone für Bohrrohre ist auch Thema in der DE 40 02 907 C2 . Am Bohrrohr ist ein zylindrischer Ring angeschweißt oderlösbar mit dem Bohrrohr verbunden. Die Schneidzähne sind in Aussparungen, das heißt Aufnahmen des Grundkörpers (Ring) eingeschweißte Hülsen austauschbar eingesetzt. Die Hülsen sind dabei mit einer Vertiefung für die passende Aufnahme der Schneidzähne versehen. Dabei kann zur Verbesserung des Halters die Hülse und der Zahnfuß mit fluchtenden Bohrungen für ein Halteelement, zum Beispiel Kerbstift, versehen sein. Bei dem rauen Bohrbetrieb ist nicht zu vermeiden, dass sich dieser Halt verschlechtert, was sich in einem erhöhten Verschleiß und einer Verschlechterung der Bohrleistung auswirkt.

Ein ähnlicher Halt von Schneidstiften in einem Rollenmeißel für Tunnelvortriebsmaschinen ist aus der DE 198 21 390 A1 bekannt. Hinsichtlich der Verschlechterung des Halters und dem erhöhten Verschleiß gelten dieselben Nachteile wie bei der Schneidkrone nach der DE 30 02 907 C .

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Bohrwerkzeug der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das eine technologisch und verschleißoptimierte Auslegung auf einfache Weise ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Werkzeugaufnahmen Richtung der Rotationsachse über den Grundkörper vorstehende Halterungsvorsprünge aufweisen, die zueinander über einen sich umfangseitig erstreckenden Abstandsraum getrennt angeordnet sind, dass die Schneidzähne mit ihrem Werkzeugkopf auf den Halterungsvorsprüngen aufsitzen und in axialer Richtung über diese vorstehen, dass die Halterungsvorsprünge in Umfangrichtung beidseitig der Schaftaufnahme die Stützflächen aufweisen, dass die Stützflächen einander zugekehrt und im Winkel zur Rotationsachse der Bohrkrone angestellt sind und dass der Schneidzahn mit Gegenflächen auf den Stützflächen aufsitzt.

Dadurch, dass der Schneidzahn auf einem vorstehenden Halterungsvorsprung aufsitzt, wird die effektive Zahnlänge aus der Höhe des Schneidzahnes und dem vorstand des Haltevorsprunges errechnet. Auf diese Weise kann der Schneidzahn an einem für den Werkzeugabtrag beteiligten Werkzeugkopf relativ kurz (Erstreckung in Richtung der Rotationsachse) ausgeführt werden. Gleichzeitig gewährleistet der Haltevorsprung aber eine große Zahnlänge. Mit einer solchen Anordnung lässt sich insbesondere auch weiches Gestein, bei dem die Seitenlast auf die Schneidzähne groß ist, effektiv schneiden.

Der Schneidzahn ist austauschbar in der Werkzeugaufnahme gehalten. Er kann zuverlässig an den Stützflächen verspannt und bedarfsweise auch nachgespannt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Schaft in einen Einsteckkanal der Schaftaufnahme eingesetzt ist, dass der Einsteckkanal in einem Durchbruch ausläuft, der eine Mutter aufnimmt, dass der Schaft eine Gewindeabschnitt besitzt, der in den Durchbruch ragt und auf den die Mutter aufgeschraubt ist, und dass der Schneidzahn an einer oder mehreren Stützflächen der Werkzeugaufnahme vorgespannt gehalten ist. Diese Anordnung ermöglicht eine schnelle und einfache Montage der Schneidzähne auch im rauen Baustellenbetrieb. Wenn infolge der beim Werkzeugeinsatz auftretenden Stoßkräfte eine Abnutzung der Stoßflächen stattfindet, kann gleichwohl eine sichere Befestigung der Schneidzähe in Folge der Spannmöglichkeit mit der Mutter aufrechterhalten werden. Hierbei kann die Bohrkrone vorteilhafter Weise insbesondere derart ausgestaltet sein, dass die Mutter vollständig in dem Durchbruch aufgenommen ist und umfangsseitig nicht über die Umfangskontur des ringförmigen Grundkörpers vorsteht. Die Mutter ist somit vor Schleiß geschützt untergebracht.

Weiterhin ist vorgesehen, dass der Durchbruch als fensterförmige Ausnehmung aus dem Grundkörper ausgespart ist und den Grundkörper in radialer Richtung vollständig durchsetzt, dann ist die Mutter stets gut zugänglich. Wenn sich der Durchbruch während des Betriebseinsatzes mit Abraummaterial zugesetzt hat, kann dieses leicht, beispielsweise mit einem Schraubendreher, ausgestoßen werden.

Eine mögliche Erfindungsvariante kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die Schneidzähne Formflächen aufweisen, die in Ableitflächen der Halterungsvorsprünge übergehen. Auf diese Weise wird eine verschleißgünstigere Kontur erzeugt, über die das Abraummaterial abfließen kann.

Bevorzugter Weise kann es bei einem erfindungsgemäßen Werkzeug vorgesehen sein, dass der Grundkörper an seinem Außen- und/oder Innenumfang Vorsprünge aufweist, die in radialer Richtung über den Grundkörper vorstehen, und dass die Vorsprünge zumindest ein Verschleißschutzelement aus Hartwerkstoff aufweisen. Die Verschleißschutzelemente am Außenumfang dienen dabei auch zur Kalibrierung des Bohrwerkzeuges.

Zur weiteren Optimierung des Materialflusses kann es vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Halterungsvorsprünge in Umfangsrichtung über Stege zueinander distanziert sind, und dass die Stege über Schrägflächen kontinuierlich in die Innenwandung des Grundkörpers übergeleitet sind, wobei die Schrägflächen im Winkel zur Rotationsachse der Bohrkrone angeordnet sind.

Die Bohrkrone kann als Gussteil oder alternativ als ein aus Gussteilsegmenten zusammengesetzter Kranz gestaltet sein. Dies ermöglicht vielfältige Geometrie-Gestaltungsmöglichkeiten, ohne dass dabei ein unwirtschaftlicher Aufwand an mechanischer Bearbeitung entsteht. Insbesondere lässt sich auf einfache Weise eine Geometrie erzeugen, die einen optimierten Transport des abgetragenen Gutes ermöglicht. Damit ist dann auch eine verschleißgünstige Werkzeugauslegung möglich. Die Bohrkrone ist auch bedarfsweise auswechselbar mit dem Bohrrohr verbindbar. Im Verschleißfall kann sie dann getauscht werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Bohrkrone in Seitenansicht,
2 die Bohrkrone gemäß 1 in perspektivischer Darstellung,
3 die Bohrkrone im Vertikalschnitt,
4 eine der 3 entnommene Detaildarstellung und
5 einen Schneidzahn in perspektivischer Seitenansicht.
Die 1 und 2 zeigen eine Bohrkrone 10, die einteilig aus einem Gussteil gefertigt ist. Sie ist ringförmig ausgebildet und weist einen Grundkörper 11 auf. Dieser besitzt an seinem unteren Rand einen Befestigungsring 19, der in Form einer Anfassung ausgebildet ist. An der dem Befestigungsring 19 abgewandten Seite sind umfangsverteilt Halterungsvorsprünge 21 an dem Grundkörper 11 angeformt. Die Halterungsvorsprünge 21 sind dabei in gleicher Teilung zueinander beabstandet, so dass sich ein Abstandsraum 16 ergibt. Zwischen den Halterungsvorsprüngen 21 weist der Grundkörper 11 Stege 15 auf. Diese bilden jeweils eine Stirnfläche, die sich in radialer Richtung erstreckt. Alle Stirnflächen der Stege 15 liegen auf einer gemeinsamen Ebene. Von den Stirnflächen gehen Schrägflächen 18 im Winkel ab. Die Schrägflächen 18 sind dabei dem von der Bohrkrone 10 umschlossenen Innenraum zugewandt. Die Stirnflächen und die Schrägflächen 18 gehen an ihren umfangsseitigen Enden in Ableitflächen 26 der Halterungsvorsprünge 21 über. Die Ableitflächen 26 überragen die Stirnflächen in Achsrichtung der Bohrkrone. Die Ableitflächen 26 gehen jeweils in einen Dachabschnitt 25 und dieser in eine Stützfläche 24 über. Dabei ist die Stützfläche 24 im Winkel zur Horizontalen angeordnet. Die beiden Stützflächen 24 eines Halterungsvorsprunges 21 sind dabei gegeneinander gerichtet und sind Teil einer Werkzeugaufnahme 20. Diese Werkzeugaufnahme 20 weist zwischen den beiden Stützflächen 24 eine im Querschnitt ovale Schaftaufnahme 11 mit einem Einsteckkanal 22.1 auf. Der Einsteckkanal 22.1 läuft in einem Durchbruch 12 aus. Dieser ist fensterförmig in den Grundkörper 11 eingearbeitet. Der Durchbruch 12 ist dabei so ausgestaltet, dass er sich ausgehend von der Innenwandung 17.1 des Grundkörpers 11 kontinuierlich nach außen hin erweitert.
Die Anordnung und Ausgestaltung des Einsteckkanal 22.1 und des Durchbruches 12 lässt sich im Einzelnen auch aus den 2 und 4 entnehmen.
Wie die 2 erkennen lässt, können in die Werkzeugaufnahmen 20 Schneidzähne 30 eingesetzt werden. Die Ausgestaltung der Schneidzähne 30 ist in 5 erkennbar. Demgemäß besitzen die Schneidzähne 30 einen Werkzeugkopf 31, an dem ein Schaft 32 angeformt ist. Der Werkzeugkopf ist mit Hartmetalleinsätzen 35 bestückt. Der Schaft 32 besitzt an seinem freien Ende einen Gewindeabschnitt 33.
Der Schneidzahn wird mit seinem Schaft 32 in den Einsteckkanal 12.1 eingesetzt. Im eingebauten Zustand sitzt der Schneidzahn 30 mit entsprechenden Gegenflächen auf den Stützflächen 24 auf.
Der Gewindeabschnitt 33 ragt in den Bereich des Durchbruches 12, so dass auf ihn eine Mutter 34 aufgeschraubt werden kann. Mit der Mutter 34 kann der Schneidzahn 30 an den Stützflächen 24 verspannt werden. Da der Schaft 32 des Schneidzahnes 30 eine an die Kontur des Einsteckkanals 22.1 angepaßt ausgebildete Querschnittsgeometrie hat, ist er unverdrehbar gehalten. Wie die 1 erkennen lässt, besitzt der Schneidzahn 30 zwei Formflächen 36, die in die Ableitflächen 26 der Stützteile 25 absatzlos übergehen.
Zur Kalibrierung der Bohrkrone 10 sind an der an Außenfläche des Grundkörpers 11 Vorsprünge 13 angeordnet. Diese sind mit Verschleißschutzelementen 14 aus Hartmetall bestückt.
Der Grundkörper 11 weist auch im Bereich der Innenwandung 17.1 Vorsprünge 17.2 auf, die in den Innenraum der Bohrkrone 10 ragen und dort zur Verschleißoptimierung dienen.

Claims

Bohrwerkzeug mit einer Bohrkrone (10), die einen ringförmigen Grundkörper (11) aufweist, der an einem hohlzylinderförmigen Bohrrohr befestigbar ist, wobei der Grundkörper (11) dem Bohrrohr abgekehrt umfangsverteilt Werkzeugaufnahmen (20) aufweist, an denen Schneidzähne (30) auswechselbar gehalten sind, wobei die Schneidzähne (30) in axialer Richtung über den Grundkörper (11) mit einem Werkzeugkopf (31) vorstehen, wobei an dem Werkzeugkopf (31) ein Schaft (32) angekoppelt ist, der in eine Schaftaufnahme (22) der Werkzeugaufnahme (20) eingesetzt ist und der mit dem Grundkörper (11) verbunden ist, und wobei der Schneidzahn (30) über Stützflächen der Werkzeugaufnahme am Grundkörper (11) vorgespannt gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahmen (20) in Richtung der Rotationsachse über den Grundkörper (11) vorstehende Halterungsvorsprünge (21) aufweisen, die zueinander über einen sich umfangseitig erstreckenden Abstandsraum (16) getrennt angeordnet sind, dass die Schneidzähne (30) mit ihrem Werkzeugkopf (31) auf den Halterungsvorsprüngen (21) aufsitzen und in axialer Richtung über diese vorstehen, dass die Halterungsvorsprünge (21) in Umfangrichtung beidseitig der Schaftaufnahme (22) die Stützflächen (24) aufweisen, dass die Stützflächen (24) einander zugekehrt und im Winkel zur Rotationsachse der Bohrkrone (10) angestellt sind und dass der Schneidzahn (30) mit Gegenflächen auf den Stützflächen (24) aufsitzt.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (32) in einen Einsteckkanal (22.1) der Schaftaufnahme (22) eingesetzt ist, dass der Einsteckkanal (22.1) in einem Durchbruch (12) ausläuft, der eine Mutter (34) aufnimmt, dass der Schaft (32) einen Gewindeabschnitt (33) besitzt, der in den Durchbruch (12) ragt und auf den die Mutter (34) aufgeschraubt ist, und dass der Schneidzahn (30) an einer oder mehreren Stützflächen (24) der Werkzeugaufnahme vorgespannt gehalten ist.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (34) vollständig in dem Durchbruch (12) aufgenommen ist und umfangsseitig nicht über die Umfangskontur des ringförmigen Grundkörpers (11) vorsteht.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch (12) als fensterförmige Ausnehmung aus dem Grundkörper (11) ausgespart ist und den Grundkörper (11) in radialer Richtung vollständig durchsetzt.
Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidzähne (30) Formflächen aufweisen, die in Ableitflächen (26) der Halterungsvorsprünge (21) übergehen.
Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (11) an seinem Außen- und/oder Innenumfang Vorsprünge (13) aufweist, die in radialer Richtung über den Grundkörper (11) vorstehen, und dass die Vorsprünge (13) zumindest ein Verschleißschutzelement (10) aus Hartwerkstoff aufweisen.
Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Halterungsvorsprünge (21) in Umfangsrichtung über Stege (15) zueinander distanziert ins, und dass die Stege (15) über Schrägflächen (18) kontinuierlich in die Innenwandung (17.1) des Grundkörpers (11) übergeleitet sind, wobei die Schrägflächen (18) im Winkel zur Rotationsachse der Bohrkrone (10) angeordnet sind.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitflächen (26) der Halterungsvorsprünge (21) in die Schrägflächen (18) und eine Stirnfläche der Stege (15) übergeleitet sind, wobei die Stirnflächen im Winkel an die Schrägflächen (18) angeschlossen sind und von diesen in radialer Richtung nach außen abgehen.